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招启军 朱正 原昕.桨叶外形对共轴刚性旋翼悬停性能影响的CFD分析[J].南京航空航天大学学报,2017,49(5):653-661
桨叶外形对共轴刚性旋翼悬停性能影响的CFD分析
CFD Analyses on Effects of Blade Shape on Hover Performance of Coaxial Rigid Rotors
  
DOI:10.16356/j.1005-2615.2017.05.008
中文关键词:  共轴刚性双旋翼  高速直升机  桨叶外形  悬停性能  Navier Stokes方程  运动嵌套网格技术
英文关键词:coaxial rigid rotors  high speed helicopter  blade shape  hover performance  Navier Stokes equations  moving embedded grid technique
基金项目:
作者单位
招启军 朱正 原昕 南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室南京210016 
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中文摘要:
      桨叶外形是影响共轴刚性双旋翼直升机悬停性能的主要因素之一,研究其影响机理对提高共轴刚性旋翼的悬停性能具有重要意义。为了提高外形参数对旋翼气动特性影响的分析精度,首先,基于运动嵌套网格技术和可压RANS方程,建立了一套适用于共轴刚性双旋翼悬停流场模拟的CFD方法;然后,进行了悬停状态共轴旋翼流场气动特性的计算分析,得到上、下旋翼拉力和扭矩沿桨叶展向和周向的分布特征;最后,着重进行了桨叶平面外形参数对共轴刚性旋翼悬停性能影响的分析,包括后掠角、后掠起始位置及尖削非线性弦长分布等,得到不同参数下共轴刚性旋翼悬停效率和压强分布等特征。结果表明,桨尖后掠能够使负压中心外移,延缓气流分离,从而提高悬停效率;尖削及桨叶面积集中在中部段的非线性弦长分布能够有效对桨尖进行卸载,优化气动载荷分布,从而改善悬停性能。
英文摘要:
      Blade shape is a main factor influencing the hover performance of coaxial rigid rotors, therefore, it is of great significance to investigate how blade shapes affect hover performance of this configuration. In order to improve the accuracy of analyzing the parameter effect, firstly, a CFD method based on moving embedded grid technique and the compressible Reynolds averaged Navier Stokes equations is established to solve the flowfield of coaxial rigid rotors. Then, calculations and analyses of hover aerodynamic performance are conducted, and the blade lift and torque distributions along the azimuth and blade spanwise are obtained by using this method. Finally, parameter analyses of blade shapes on hover performance are conducted, consisting of swept angle, swept position and nonlinear chord distribution. The Figure of Merit (FM) and pressure distribution of coaxial rigid rotors with different parameters are obtained. The results show that swept tips could make negative pressure region move outward, delay flow separations and improve FM. Considerable taper tips and larger chord distributions in the middle of blade could effectively unload blade tips, improve airload distributions and increase hover performance.
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